KR100306295B1 - 뇌파를 이용한 게임장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뇌파를 이용한 게임장치 및 방법을 제공하며, 측정된 뇌파를 이용하여 화면상에 표시되는 게임화상을 조작시킬 수 있는 게임장치 및 방법에 관한 것이다. 본 게임장치는 뇌파를 측정하여 입력하는 수단, 및 측정된 뇌파를 분석하고 처리하며 그 처리결과에 따라서 저장된 게임프로그램을 동작시켜 출력하는 컴퓨터를 포함한다. 뇌파측정입력수단은 두피에 착용하여 뇌파를 검출하는 전극이 부착된 헤드밴드, 상기 헤드밴드로부터 측정된 뇌파를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 뇌파신호를 컴퓨터가 읽어드릴 수 있는 신호로 변환하는 컴퓨터 인터페이스를 포함한다. 이로써 뇌파신호의 주파수 분석결과를 기준뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있다. 기준뇌파는 측정된 뇌파에서 추출한 알파파, 베타파의 통계적 파라미터의 변화를 실시간으로 추적하여 구하거나, 뇌파데이터 베이스로부터 입력하며, 사용자의 현재 뇌파를 기준뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 시각 및 청각 신호를 피드백한다. 따라서 본 발명은 각 사용자에게 맞는 뇌파신호의 기준을 설정함으로써 적절한 난이도를 가지고 자신의 뇌파를 조절할 수 있으며 좌우뇌파를 동시에 이용하여 좌우뇌의 비대칭을 교정하는 효과가 있다.

Description

뇌파를 이용한 게임장치 및 그 방법{Game machine using brain waves and method therefor}

본 발명은 뇌파를 이용한 게임장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 개인별 고유뇌파특성을 반영하며, 사용자의 의식 및 의지에 따라서 달라지는 뇌파의 변화상태를 측정하여 게임의 상황을 바꿀 수 있는 게임장치 및 방법에 관한 것이다.

인간의 두피에서 측정되는 수십 마이크로 볼트 크기의 30Hz이하의 전위차는 의식상태를 반영하는 물리값으로서 과학기술적 연구가치가 매우 높다. 기술적인 응용으로서는 인간의 의지를 기계가 바로 인식하도록 함으로써, 인간의 생각만으로도 기계장치등을 제어하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 심리적으로 안정되었을 때나 눈을 감았을때는 8-13Hz범위의 알파파의 출현비가 높아지며, 안정상태나 생각이 없는 상태에서는 13-30Hz범위의 베타파가 감소한다.

종래에도 사람의 눈의 개안 및 폐안에 따른 알파파 변화를 이용하여 생각만으로 기기를 동작시켜 전구를 켜거나 끄며, 장난감의 간단한 조작을 할 수 있는 마음스위치가 발표되었으며(호주 UTS 대학), 안정상태에서 뇌파의 강도가 감소하는 것을 이용하여 생각만으로 자동차 경주 게임의 온오프(on/off) 제어신호로 이용하는 장치가 개발되었다(IBVA사). 눈을 감고 안정을 취하면 뇌파의 변화가 매우 크기 때문에 쉽게 긍정/부정(온/오프)을 판별할 수 있지만, 눈을 감지 않더라도 온/오프와 같은 1비트 의사판별은 인식률이 매우 높으며 사용자의 연습을 통하여 인식률은 더욱 높아지게 된다. 또한, 안구의 움직임을 추적하여 사용자의 시선에 따라서 컴퓨터 모니터상의 커서를 움직일 수 있는 아이트랙커(eye tracker)가 제안되었다. 이러한 커서움직임과 관련한 종래기술의 한 예로서 미국특허 제5,638,826호를 들 수 있다.

이러한 기존의 뇌파를 이용한 제어방법은 각 개인별 뇌파의 차이에 상관없이 뇌파를 인식하는 방법을 추구하였으므로, 개인별 뇌파의 차이에 의한 해석상의 오류를 발생시킬 수 있었다. 또한, 각 개인별 뇌파를 통계치로 이루어진 뇌파 데이터베이스와 비교하지 않기 때문에, 각 개인별 제어가 용이한 주파수영역 또는 개인별 집중도를 효율적으로 이용할 수 없었다. 또한, 뇌파를 측정하여 게임화면의 상황을 변화시키는 기술은 없었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 기존의 단점들을 해결하기 위하여, 사용자의 개인별 뇌파특성을 실시간으로 반영한 기준뇌파를 이용하여, 사용자의 의지의 변화에 따라서 달라지는 뇌파를 이용하여 게임을 즐기는 게임장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 사용자의 뇌파를 예비측정하여 뇌파 데이터베이스와 비교함으로써 각 사용자의 뇌파특성이 고려된 기준뇌파를 이용한 게임장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 뇌파를 이용한 게임장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 도 1의 회로부를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3은 도 1의 게임프로그램을 운영하는 방법의 제1실시예를 설명하기 위한 플로우챠트도이다.

도 4는 도 1의 게임프로그램을 운영하는 방법의 제2실시예를 설명하기 위한 플로우챠트도이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 게임화면의 일예를 도시한 화면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...헤드밴드, 2...변환수단

3...컴퓨터,

4...모니터

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 뇌파를 측정하여 입력하는 수단, 및 측정된 뇌파를 기준뇌파와 비교, 분석 및 처리하며, 그 처리결과에 따라서 저장된 게임프로그램을 동작시켜 출력하는 컴퓨터를 포함하는 게임장치를 제공한다.

바람직하기로는 상기 뇌파측정입력수단은 두피에 착용하여 뇌파를 검출하는전극이 부착된 헤드밴드, 상기 헤드밴드로부터 측정된 뇌파를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 뇌파신호를 컴퓨터가 읽어드릴 수 있는 신호로 변환하는 컴퓨터인터페이스를 포함한다.

바람직하기로는 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과와 기준뇌파의 비교결과에 따라서, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있다. 또한, 기준뇌파는 실시간으로 사용자의 뇌파를 분석하여 결정되거나, 뇌파데이터베이스로부터 입력되며, 측정된 뇌파와 상기 기준뇌파를 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백한다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 뇌파를 측정하여 입력하는 단계; 및 컴퓨터를 이용하여, 측정된 뇌파를 기준 뇌파와 비교, 분석하고 처리하며 그 처리결과에 따라서 저장된 게임프로그램을 동작시켜 출력하는 단계;를 포함하는 게임방법을 제공한다.

바람직하기로는 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 기준 뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 상기 기준 뇌파는 사용자의 사용중 뇌파에 따라 실시간으로 계산되고, 측정된 뇌파를 기준 뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 기준 뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 상기 기준 뇌파는 뇌파데이터베이스로부터 입력되고, 측정된 뇌파를 기준 뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 뇌파 패턴을 이용한 게임장치의 구성 및 동작에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 도 1에 도시한 바와 같은 게임장치에서는 뇌파 측정시스템을 이용하여 측정된 뇌파를 이용한다. 도면에서, 헤드밴드(1)는 머리띠처럼 사람의 두피에 접촉되어 간편하게 뇌파를 측정하는 것이다. 뇌파는 도면에는 상세히 도시되어 있지 않지만 헤드밴드(1)내의 전극에 의해 측정된다. 이 측정된 미세한 뇌파의 아날로그 전압신호는 수 마이크로 볼트 내지 수십 마이크로볼트의 전위차를 가지며 주로 30헤르쯔이하의 신호로서, 변환수단(2)에서 증폭되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 디지털 신호로 변환되어 컴퓨터(3)에 제공된다. 컴퓨터(3)는 입력된 뇌파신호를 디스플레이(4)에 표시한다.

상기 변환수단(2)의 회로는 도 2에 도시되어 있으며, 수마이크로볼트정도의 헤드밴드전극신호를 받아서 5만배 정도로 증폭하는 증폭기(22), 상기 증폭된 신호를 아날로그-디지탈 변환하는 A/D변환기(24), 및 상기 A/D변환기(24)로부터의 디지털 신호를 컴퓨터직렬포트에 입력되는 신호로 변환되는 컴퓨터 인터페이스로 구성되어 있다.

컴퓨터(3)는 이렇게 측정되어 컴퓨터(3)에 입력된 뇌파신호를 분석하여 몇 개의 파라메터를 추출한다. 본 발명에서는 좌,우 전두엽에서 측정된 뇌파의 알파파와 베타파의 진폭, 평균값, 표준편차, 알파파와 베타파의 비율을 파라메터로 사용한다. 뇌파의 측정위치, 주파수, 파라메터를 추출하는 분석방법은 게임의 목적과 성격에 따라 적절히 취하여야 한다. 사용자의 안정도가 높아질수록 게임이 유리해지도록 하려면 알파파의 비율을 주요 파라메터로 사용한다. 게임제어 명령어 생성에 사용되는 뇌파의 파라메터를 제어변수로 명명하도록 한다. 뇌파 제어변수를 이용해 사용자의 상태나 의지를 판별하기 위해서는 각 변수들의 기준값이 필요하다. 예를 들어 변수 X가 X₀보다 커지면 컴퓨터 모니터상의 객체가 위로 올라가고, X₀보다 작아지면 객체를 아래로 내리는 명령으로 인식하도록 할 수 있다. 이 때 X₀가 기준값인데 이 값을 결정하는 방법은 실시간으로 구하는 경우와 데이터 베이스를 이용하는 경우가 있다.

기준값을 실시간으로 결정하는 경우에는, 뇌파의 사전 측정이 필요없이 실시간으로 측정한 뇌파신호를 통계적으로 분석(일예를 들면 주파수분석)하여 기준값을 결정한다. 예를 들어 게임시작부터 현재까지의 알파파 비율의 평균값을 기준값으로 정하고, 이보다 높은 알파파 비율이 측정되면 사용자가 안정된 상태라고 판별한다.

데이터 베이스를 이용할 경우에는, 사전에 사용자의 뇌파를 측정한 후, 사용자의 뇌파에 적합한 기준값을 데이터 베이스로부터 입력한다. 사용자는 최초로 게임을 할 경우에는 뇌파측정을 통해 자신의 뇌파를 등록하고, 이후에는 등록된 값을 이용한다. 데이터 베이스에는 다수의 피검자의 뇌파에 대한 통계적 분석결과에 따른 뇌파의 개인적 특성에 따른 적절한 변수의 기준값들이 포함되어 있다.

이와 같이 기준값을 이용해 명령어를 생성하는 것은 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서,는 컴퓨터 상의 물체의 위치,속도의 변화량, 동화상의 진행정도, 점수의 증가량등 명령어 생성을 결정하는 함수, X는 뇌파중 변수로 사용하는 성분, X₀는 기준값, A는 진행속도를 결정하는 계수이다.

두 개 이상의 변수를 사용하는 경우에는 다음 수학식 2와 같이 각 변수 X_i에 의한에 가중치 W_i를 곱해서 더한 값을 이용해 명령어를 생성한다.

도 3은 본 발명의 뇌파를 이용한 게임장치의 운영방법중 사용자의 뇌파를 실시간으로 측정하여 소정 기간동안의 통계적인 평균값을 기준뇌파값으로 결정하는 경우에 대한 것으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 이하 설명하기로 한다.

사용자가 헤드밴드(1)를 머리에 두르고 본 게임장치의 전원을 켜면, 측정된 뇌파신호는 컴퓨터(3)에 입력된다(단계30). 컴퓨터(3)는 뇌파의 사전 측정이 필요없이 소정 시간동안 실시간으로 측정한 뇌파신호를 통계적으로 분석하여 기준값을 결정한다. 예를 들어 게임시작부터 현재까지의 알파파 비율의 평균값을 기준값으로 정하고, 이보다 높은 알파파 비율이 측정되면 사용자가 안정된 상태라고 판별한다. 단계32에서 사용자의 뇌파기준값이 구해지면, 컴퓨터(3)는 게임모드로 가서 초기 게임화면을 디스플레이 한다(단계40). 그런 다음 컴퓨터(3)는 사용자의 현재의 뇌파를 측정한다(단계42). 상기 결정된 기준뇌파와 현재 측정된 뇌파를 비교하여 애니메이션의 방향, 속도등을 결정하여 게임화면을 제어한다(단계44). 그 다음, 컴퓨터(3)는 상기 결정된 게임화면 제어량에 따라서 화면 애니메이션을 디스플레이한다(단계46). 그 다음, 사용자가 게임을 계속할 것인지 종료할 것인지를 판단하여(단계48), 게임을 끝내고자 하면 지금까지 처리된 사용자의 정보를 저장하고 게임을 끝내며, 게임을 계속하고자 하면, 단계 42로 진행하여 현재의 뇌파를 측정하여 함수를 계산한 후 게임제어단계를 거쳐 화면을 제어한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예를 도 4를 첨부하여 이하 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 뇌파를 이용한 게임장치의 운영방법중 데이터베이스를 사용하는 경우에 대한 것으로, 도 1, 도 2 및 도 4을 참조하여 이하 설명한다.

사용자가 헤드밴드(1)를 머리에 두르고 본 게임장치의 전원을 켜면, 측정된 뇌파신호는컴퓨터(3)에 입력된다(단계30). 컴퓨터(3)는 입력된 사용자의 뇌파신호가 컴퓨터(3)의 메모리 또는 하드디스크상에 저장된 뇌파데이터베이스에 등록되었는지를 검색한다(단계32). 단계34에서 사용자의 뇌파패턴이 등록되어 있지 않은 것으로 판단되면, 뇌파측정모드에서 뇌파를 측정한다(단계36). 측정된 뇌파나 사용자 등록정보를 이용하여 기준뇌파값을 구한다(단계38). 단계38에서 기준뇌파값이 구해지면, 컴퓨터는 게임모드로 가서 초기 게임화면을 디스플레이 한다(단계40). 그런 다음 컴퓨터(3)는 사용자의 현재의 뇌파를 측정한다(단계42). 상기 결정된 기준뇌파값과 측정된 뇌파값을 비교하여 애니메이션의 방향, 속도등을 결정하여 게임화면을 제어한다(단계44). 그 다음, 컴퓨터(3)는 상기 결정된 게임화면 제어량에 따라서 화면 애니메이션을 디스플레이한다(단계46). 그 다음, 사용자가 게임을 계속할것인지 종료할 것인지를 판단하여(단계48), 게임을 끝내고자 하면 지금까지 처리된 사용자의 정보를 저장하고 게임을 끝내며(단계 50), 게임을 계속하고자 하면, 단계 42로 진행하여 현재의 뇌파를 측정하여 함수를 계산한 후 게임제어단계를 거쳐 화면을 제어한다.

본 발명의 게임장치에 적용되는 화면의 한 예로서 도 4에 도시한 바와 같이 스푼의 그림이 나오고, 사용자의 뇌파가 초능력을 발휘하기에 좋은 4-7Hz의 뇌파가 우세해지면 스푼이 휘어지도록 게임이 진행되도록 할 수도 있다. 이러한 게임의 다른 예로 인체가 공중부양하는 그림, 축지법을 발휘하는 그림으로써 달리는 사람의 그림등의 여러 가지로 화면을 나타낼 수 있으며, 그 외에 동화상 게임으로서 커서를 움직이는 방향키들(→↑↓←),콘트롤키(CTRL), 변경키(ALT) 및 스페이서바를 이용하여 동작시키는 것과 같이 복잡한 애니메이션 게임에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 게임장치는 사용자의 뇌파가 게임을 통하여 안정되도록 진행되며, 목표로 하는 안정뇌파와 안정정도의 기준에 의해 상술한 바와 같이 진폭레벨이 조정되도록 할 수 있다. 또한 뇌파가 안정되며, 모니터화면이 긍정적인 이미지를 갖는 화면으로 변화하거나 점수가 높아질 수 있는 상황으로 변화함으로써 사용자가 안정된 상태를 유지하고 그 정도가 심화되도록 피드백 효과를 줄 수 있다.

지금까지 본 발명의 뇌파 패턴을 이용한 게임장치는 알파파의 증감, 베타파의 증감, 알파파와 베타파의 비율의 증감과 그 뇌파의 주파수영역과 진폭레벨을 고려하였으나, 그 밖의 뇌파인 세타파, 델타파에 담겨 있는 정보와 그들의 증감변화를 이용하던가, 주파수영역과 진폭레벨 뿐만 아니라 두피상의 뇌파측정 부위를 다양한 채널로 하여, 각 뇌파의 종류별로 각 채널의 평균치 또는 전 채널의 평균치를 이용하여 원하는 게임장치의 게임제어를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 뇌파를 이용한 게임장치 및 방법은 사용자 뇌파를 실시간 통계분석하거나 사용자의 뇌파를 예비측정하여 뇌파데이터베이스와 비교함으로써 각 사용자가 제어를 하기 쉬운 집중도, 진폭을 결정하며, 뇌파를 이용한 컴퓨터 게임의 경우 난이도가 사용자의 뇌파특성에 맞게 조정이 되어 게임을 즐길 수 있게 된다. 좌우 전두엽의 뇌파를 측정한 후 뇌파에 따라 컴퓨터 모니터 화면이 더욱 긍정적이고 밝은 이미지로 변화하거나 점수를 높이기에 유리한 상황으로 변화함으로써 게임을 즐기면서 정신적으로 더욱 편안하고 안정되는 효과를 준다.

Claims (10)

1. 뇌파를 측정하여 입력하는 수단; 및

   기준뇌파를 저장하는 기준뇌파저장부를 구비하고, 상기 측정된 뇌파와 상기 기준뇌파저장부에 저장된 기준뇌파와 비교, 분석, 처리하며, 그 처리결과에 따라서 저장된 게임프로그램을 동작시켜 그 게임프로그램의 화상을 변화시켜 출력하는 컴퓨터;를 포함하는 게임장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 뇌파측정입력수단은 두피에 착용하여 뇌파를 검출하는 전극이 부착된 헤드밴드, 상기 헤드밴드로부터 측정된 뇌파를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 뇌파신호를 컴퓨터가 읽어드릴 수 있는 신호로 변환하는 컴퓨터인터페이스를 포함하는 게임장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 뇌파는 알파파 및 베타파의 진폭, 베타파에 대한 알파파의 상대적 비율, 알파파 및 베타파 분포의 표준편차를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 게임장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 사용자의 사용 중 측정된 뇌파에 따라 실시간으로 계산하여 상기 기준뇌파저장부에 저장된 기준뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 사용자의 기준뇌파와 측정된 뇌파를 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 하는 게임장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 상기 기준뇌파저장부에 구축된 기준뇌파데이터베이스의 기준뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 측정된 뇌파를 기준뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 하는 게임장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 뇌파신호분석은 좌우전두엽의 뇌파신호를 사용함을 특징으로 하는 게임장치.
7. 뇌파를 측정하여 입력하는 단계; 및

   기준뇌파를 저장하는 기준뇌파저장부를 구비한 컴퓨터를 이용하여, 측정된 뇌파를 상기 기준 뇌파와 비교, 분석하고 처리하며 그 처리결과에 따라서 저장된 게임프로그램을 동작시켜 게임프로그램의 화상을 변화시켜 출력하는 단계;를 포함하는 게임방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 기준 뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 상기 기준 뇌파는 사용자의 사용중 뇌파에 따라 실시간으로 계산되고, 측정된 뇌파를 기준 뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 하는 게임방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 컴퓨터는 뇌파신호의 주파수분석결과를 기준뇌파와 비교하여, 사용자의 뇌파에 따라 게임화면을 변화시킬 수 있으며, 상기 기준 뇌파는 뇌파데이터베이스로부터 입력되고, 측정된 뇌파를 기준 뇌파와 비교하여 사용자에게 적합한 뇌파제어신호를 피드백함을 특징으로 하는 게임방법.
10. 제8항 또는 9항에 있어서, 상기 뇌파신호분석은 좌우전두엽의 뇌파신호를 사용함을 특징으로 하는 게임방법.